【量子力学】NECなど、CQPS効果で磁束が反磁性に反して量子的にトンネルする現象を確認

1 ：はくちょう座X-1(新疆ウイグル自治区)：2012/04/22(日) 19:11:10.76 ID:SuZNIYmj0 BE:5862326898-PLT(12062) ポイント特典

理化学研究所(理研)とNECの研究チームは、コヒーレント量子位相スリップ(CQPS)効果により磁束が完全反磁性に反して
量子的に超伝導材料をトンネル(透過)する現象を実験で証明したと発表した。今回の成果は長年にわたり予言されていた
超伝導現象の重要な理論を初めて実証したのと同時に、量子電気標準系で欠けていた「量子電流標準」の実現などの
応用に道を開くことになるものだという。

理研基幹研究所物質機能創成研究領域単量子操作研究グループ巨視的量子コヒーレンス研究チームの
ツァイヅァオシェン(蔡兆申)チームリーダー(NEC中央研究所　スマートエネルギー研究所主席研究員兼務)らによる
研究チームによるもので、詳細は英国の科学雑誌「Nature」オンライン版に掲載された。

超伝導の研究は、電場が関与する現象と磁場が関与する現象の発見が交錯しながら進展してきた。歴史的には、1911年に
ゼロ抵抗現象や完全電気伝導を示す超伝導現象が発見され、1933年には完全反磁性現象を示すマイスナー効果が発見
されたほか、1962年になると超伝導デバイスの基礎であるジョセフソン効果が発見された。ジョセフソン効果は量子電圧標準を
実現し、現代科学技術分野全般に大きな波及効果を及ぼし、超伝導現象を応用した磁気共鳴画像装置(MRI)の開発は、産業、
医療分野を大きく前進させたほか、ジョセフソン効果を応用した高感度に磁束を測定できる超伝導量子干渉計(SQUID)は、
さまざまな応用場面で役立っている。

ジョセフソン効果は、弱く結合した2つの超伝導体の間に、超伝導体の電子対がトンネル(透過)することによって超伝導電流が
発生する現象だ。このジョセフソン効果と量子力学的に完全に双対な現象がコヒーレント量子位相スリップ(CQPS)効果で、
磁束がエネルギーを失うことなく量子的に超伝導細線を横切る現象であり、ジョセフソン効果における電子対が絶縁体(空間)を
トンネルすることと類似している。また、ジョセフソン効果では、電子対の運動の障壁になるのは、絶縁体(空間)だが、
CQPS効果の場合は、磁束の障壁は超伝導細線になる。CQPS効果は昔から理論上予言されていたが、適合する実験材料が
見つからず、また評価方法も確立できなかったこともありこれまで実証されていなかった。

■続きます

2 ：ベテルギウス(大阪府)：2012/04/22(日) 19:11:32.82 ID:qSmlfQRZ0

ワープできるのか？

3 ：はくちょう座X-1(新疆ウイグル自治区)：2012/04/22(日) 19:11:54.09 ID:SuZNIYmj0 BE:325685322-PLT(12062)

▼図1 ジョセフソントンネル接合(左)とコヒーレント量子位相スリップ(右)
左図:ジョセフソントンネル接合の模式図。2つの超伝導体間が薄い絶縁体(この図では空間)で仕切られていて、
　　　そこを超伝導電子対がトンネルすることで電流が発生する
右図:コヒーレント量子位相スリップの模式図。2つの絶縁体(空間)の間が超伝導体で仕切られていて、そこを磁束が
　　　トンネルすることで電流が発生する。「双対」という意味は、左の図と右の図で、空間の位置と超伝導体の位置が
　　　完全に逆転していることを指す
http://news.mynavi.jp/news/2012/04/19/082/images/011l.jpg

今回研究チームは、CQPS効果を明確に観測するため、酸化インジウム(InOx)薄膜を用いて幅40nmの細線を含んだ
4×8μmの大きさの超伝導ループを電子リソグラフィで作製した。

▼図2 超伝導細線を含んだ超伝導ループ電子線リソグラフィを用いてInOx薄膜を幅40nmの細線が含まれた
4×8μmの大きさの超伝導ループを作製。このループに対して垂直方向に小さな磁場を変化させながら印加し、
同時にマイクロ波共振器からGHzのマイクロ波を照射してエネルギー分光測定を行った
http://news.mynavi.jp/news/2012/04/19/082/images/012l.jpg

このような構造では、完全反磁性に反して磁束がエネルギーを失うことなくトンネルすると、磁束が超伝導ループを
出入りし、すでに開発したジョセフソン接合を用いた磁束量子ビットに相当するデバイスが実現できることが予想された。
また過去の研究により、このような量子ビットで量子力学的なトンネルが発生すると、原子と同等の性質を持つ量子ビットは、
基底状態から励起状態へとエネルギーを変化させ、ギャップ構造を生じることが分かっていた。

■続きます

4 ：はくちょう座X-1(新疆ウイグル自治区)：2012/04/22(日) 19:12:20.80 ID:SuZNIYmj0 BE:1465582829-PLT(12062)

▼図3 コヒーレントなトンネルの証拠であるエネルギーバンドのギャップ。磁束とエネルギーの関係性を調べた時、
古典物理の世界では、隣り合う磁束状態は独立なので、エネルギー状態は交差する(中央点線部分)。
しかし、量子力学の世界では、隣り合う磁束状態同士がコヒーレントに相互作用しているので、縮退が解けて
エネルギーギャップが表れる。青線は基底状態、赤線は励起状態を示す。このようなギャップが表れたことで量子的な
現象が起こったことが言える
http://news.mynavi.jp/news/2012/04/19/082/images/013l.jpg

この量子ビットのエネルギーレベルを観測するために、外部から小さな磁場を変化させながら印加し、同時に接続した
マイクロ波共振器から、ギガヘルツレベルのマイクロ波を照射してエネルギー分光測定を行った結果、エネルギーバンドには
約5GHzのギャップが存在することが確認された。

▼図4 エネルギー分光測定法で得られたエネルギーバンド図。この観測によってCQPS効果が実証された
http://news.mynavi.jp/news/2012/04/19/082/images/014l.jpg

これは磁束が量子的にトンネルしていることを証明するもので、理論上予想されていたCQPS効果を実証し、ジョセフソン接合を
用いない新しい超電導磁束量子ビットの試作に成功したことも意味するものだという。

CQPS効果は、ジョセフソン効果と量子力学的に完全に双対であることから、ジョセフソン効果で達成できることはCQPS効果でも
達成でき、ジョセフソン効果と双対のデバイスの実現が可能になると考えられている。最も期待を寄せている応用は、現存の
ジョセフソン効果がもたらした量子電圧標準と双対関係にあるCQPS効果による量子電流標準の実現で、これまでも単電子
トランジスタを基に量子電流標準の実現が試みられてきたが、単電子トンネルが確率的に起こることや、背景電荷のバラつき
などの問題があり、標準構築には至っていなかった。CQPS効果にはこうした問題が存在しないため、効果的な量子電流標準の
実現が比較的簡単にできると考えられると研究チームでは説明している。

すでに量子電圧標準と量子抵抗標準は現存しているため、量子電流標準の実現が達成できれば、「量子三角形」と呼ばれる
自己完結した量子電気標準系が実現することとなる。

■続きます

5 ：子持ち銀河(新潟県)：2012/04/22(日) 19:12:34.45 ID:MiFuv6V70

あーこれね

6 ：はくちょう座X-1(新疆ウイグル自治区)：2012/04/22(日) 19:12:37.79 ID:SuZNIYmj0 BE:325685322-PLT(12062)

▼図5 量子三角形。1973年にノーベル物理学賞を受賞したジョセフソン効果によって量子電圧標準が実現し、1985年に
同賞を受賞した量子ホール効果によって量子抵抗標準が実現した。CQPS効果による量子電流標準の実現が達成できれば、
「量子三角形」と呼ばれる自己完結した量子電気標準系が初めて実現できることとなる
http://news.mynavi.jp/news/2012/04/19/082/images/015l.jpg

また、現代の基礎物理常数は、主に真空中で孤立した量子(原子や電子など)を使った実験で導き出しているが、電子が
たくさん詰まっている固体素子系では、その基礎物理常数の値が異なる可能性が指摘されており、量子電気標準系が
確立できれば、このような重要な問題にも解決の糸口が見いだせることが期待できるという。

■ソース　マイナビニュース
http://news.mynavi.jp/news/2012/04/19/082/

7 ：北アメリカ星雲(関西・東海)：2012/04/22(日) 19:12:57.08 ID:67Ropi3V0

わけわからん

8 ：ミランダ(神奈川県)：2012/04/22(日) 19:14:28.23 ID:E11Q1ZSE0

>>1-6
あー、うん、あれね、あれ
なるほどねえ
まさかそうだったとはなあ

9 ：プレアデス星団(三重県)：2012/04/22(日) 19:14:32.30 ID:yZFsytw70

あぁ、CQPS効果で磁束が反磁性に反して量子的にトンネルする現象か。
やっと確認できたんだな。

10 ：ダイモス(dion軍)：2012/04/22(日) 19:15:43.37 ID:2fVoQv8f0

>>6
ほう、なるほどね

11 ：土星(WiMAX)：2012/04/22(日) 19:16:56.60 ID:n2LBnGlx0

長い
産業で

12 ：赤色超巨星(大阪府)：2012/04/22(日) 19:17:42.22 ID:q8PkkjyJ0

なるほどベーター回線にいけるのか

13 ：宇宙の晴れ上がり(福岡県)：2012/04/22(日) 19:17:45.64 ID:rTCd5Mm40

日本語でおｋ

14 ：ダークマター(愛知県)：2012/04/22(日) 19:18:22.66 ID:gCBEEuQZ0

やっと確認できたか、結構時間かかったな
理論から導いていくのは本当大変だなー

15 ：ポラリス(禿)：2012/04/22(日) 19:19:37.64 ID:SoLfPBt8P

あぁ、俺の推測通りの結果だったな、うん

16 ：かみのけ座銀河団(熊本県)：2012/04/22(日) 19:25:56.20 ID:s0vKSIyv0

量子力学は、ほんま凄い理論やで！

17 ：ダイモス(芋)：2012/04/22(日) 19:26:28.68 ID:JHWUAFMu0

つかもうこの理論、家電製品に使われまくりだろ
疑いの余地なんか無かったろ

18 ：金星(埼玉県)：2012/04/22(日) 19:27:55.61 ID:w/ap6CyR0

強い力と弱い力っていうネーミングは何とかならんのかね

19 ：ジュノー(SB-iPhone)：2012/04/22(日) 19:28:17.47 ID:8uznuT2pi

きたあああああああああああああああああああああああああああああああああああああああああ！！！
これでタイムミシンへ一歩近付いたぞ！！！

20 ：北アメリカ星雲(東京都)：2012/04/22(日) 19:28:18.63 ID:+sf3mVkO0

>>17
どんな用途で使われてるん？

21 ：北アメリカ星雲(関西・東海)：2012/04/22(日) 19:29:16.58 ID:+sTT20m10

なぜ日本でジョブズやGoogleが生まれないのかて言うけど
科学技術は良いな

22 ：太陽(愛知県)：2012/04/22(日) 19:30:05.66 ID:W+VBZSwm0

おまえらさっぱりわからないんだろ？
しょせん文系バカばっかりだもんな２ｃｈは

23 ：冥王星(芋)：2012/04/22(日) 19:30:17.22 ID:E8fnTW/C0

>>20
フラッシュメモリーや半導体

24 ：ダイモス(WiMAX)：2012/04/22(日) 19:32:59.25 ID:U/GIOAdn0

いまさらかよ

25 ：ハダル(富山県)：2012/04/22(日) 19:35:25.04 ID:9IcjEvaG0

>>22
CQPS効果で磁束が反磁性に反して量子的にトンネルする現象
こんなのニュー即民なら理解できて当然
にわかは失せろ

26 ：ダークエネルギー(東京都)：2012/04/22(日) 19:39:05.17 ID:2EzrvS8h0

元理系ぼっち→現ニートのお前らならこれくらい理解できるよな？な？

27 ：カノープス(富山県)：2012/04/22(日) 19:39:39.08 ID:uMKYKCGR0

ああ、なるほどね・・（動揺）

28 ：ダークエネルギー(関西地方)：2012/04/22(日) 19:44:45.40 ID:SvZ62WgOO

とんねるずがどうしたって？

29 ：オールトの雲(SB-iPhone)：2012/04/22(日) 19:44:50.18 ID:tIpkALSti

コンプトン効果！！！

30 ：カノープス(東京都)：2012/04/22(日) 19:45:37.34 ID:LAYG9jqF0

簡単に言うと、磁力版の超電導だよ

31 ：プランク定数(宮城県)：2012/04/22(日) 19:53:05.85 ID:J1+DItBC0

ま、常識だよな
金研でやってたし

32 ：亜鈴状星雲(大阪府)：2012/04/22(日) 19:57:28.16 ID:Ew/4mhIL0

NECはじまったな

33 ：プレアデス星団(アメリカ合衆国)：2012/04/22(日) 20:00:26.87 ID:u90ma+mN0

NECはこんなことに金使ってる場合じゃないだろｗｗｗ

34 ：ポラリス(神奈川県【緊急地震:福島県浜通りM4.1最大震度3】)：2012/04/22(日) 20:02:20.92 ID:9JyPX8vrP

会社がこんな時だからこそ

でかい夢に向かうんだ

35 ：ブレーンワールド(東京都)：2012/04/22(日) 20:10:55.45 ID:wXx+61Ib0

>理研基幹研究所物質機能創成研究領域単量子操作研究グループ巨視的量子コヒーレンス研究チーム

長い・・・。

36 ：かみのけ座銀河団(熊本県)：2012/04/22(日) 20:11:17.52 ID:s0vKSIyv0

>>1
こんなスレ立てるな！
ほとんどの2chねらーは理解できなくて、可哀想すぐる（笑）

37 ：はくちょう座X-1(神奈川県)：2012/04/22(日) 20:11:36.11 ID:zaVqASoU0

反磁性に反して

38 ：ハダル(空)：2012/04/22(日) 20:22:25.22 ID:8QXiKNcr0

超電動か
ブルブル来るぜ

39 ：ダイモス(兵庫県)：2012/04/22(日) 20:29:48.56 ID:EhPxmsDQ0

>>1
科学ニュースでやれ。

40 ：ニュートラル・シート磁気圏尾部(福岡県)：2012/04/22(日) 20:30:21.20 ID:L0EDQoRb0

>>36
だよなあwww

41 ：子持ち銀河(北海道)：2012/04/22(日) 20:31:44.56 ID:0f9T0mAm0

やはりか

42 ：ポラリス(鳥羽)：2012/04/22(日) 20:37:37.95 ID:H/xpfO+uP

あ、ああ
あれか

43 ：デネブ・カイトス(愛知県)：2012/04/22(日) 20:39:48.41 ID:/gx4yK2Z0

エロイ人教えろください

44 ：地球(兵庫県)：2012/04/22(日) 20:52:37.72 ID:vnv+dmPX0

やっぱりな

45 ：イータ・カリーナ(広島県)：2012/04/22(日) 22:25:56.70 ID:MtPovqzn0

あぁ、なるほど
CQPSがNECしてジェセフソンのSQUIDがNatureしたわけね
なるほど、なるほど